Las estrellas en explosión generan espectaculares espectáculos de luz. Los telescopios infrarrojos como Spitzer pueden ver a través de la neblina y dar una mejor idea de la frecuencia con la que ocurren estas explosiones.

Uno pensaría que las supernovas, la agonía de las estrellas masivas y una de las explosiones más brillantes y poderosas del universo, serían difíciles de pasar por alto. Sin embargo, el número de explosiones de este tipo observadas en regiones remotas del universo está muy por debajo de las predicciones de los astrofísicos.

Un nuevo estudio que utiliza datos de NasaEl telescopio espacial Spitzer, recientemente retirado, informa de la detección de cinco supernovas que, sin ser detectadas por la luz óptica, nunca antes se habían visto. Spitzer vio el universo en luz infrarroja, que atraviesa nubes de polvo que bloquean la luz óptica, el tipo de luz que nuestros ojos ven y las supernovas despejadas irradian de manera más brillante.

Para buscar supernovas ocultas, los investigadores analizaron las observaciones de Spitzer de 40 galaxias polvorientas. (En el espacio, el polvo se refiere a partículas parecidas a granos con una consistencia similar al humo). Basado en el número que encontraron en estas galaxias, el estudio confirma que las supernovas ocurren con tanta frecuencia como los científicos esperan. Esta expectativa se basa en la comprensión actual de los científicos sobre la evolución de las estrellas. Se necesitan estudios como este para mejorar esta comprensión, reforzando o desafiando algún aspecto de la misma.

Descargue este póster gratuito de la NASA, que conmemora el telescopio espacial Spitzer retirado. Crédito: NASA / JPL-Caltech

«Estos resultados con Spitzer muestran que los estudios ópticos en los que hemos confiado durante mucho tiempo para detectar supernovas pierden hasta la mitad de las explosiones estelares que ocurren en el universo», dijo Ori Fox, científico del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial de Baltimore, Maryland. y autor principal del nuevo estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «Es una muy buena noticia que el número de supernovas que estamos viendo con Spitzer sea estadísticamente consistente con las predicciones teóricas».

La «brecha de supernovas», es decir, la inconsistencia entre el número de supernovas pronosticadas y el número observado por telescopios ópticos, no es un problema en el universo vecino. Allí, las galaxias han ralentizado su velocidad de formación de estrellas y generalmente son menos polvorientas. En las regiones más remotas del universo, sin embargo, las galaxias parecen más jóvenes, producen estrellas a velocidades más altas y tienden a tener mayores cantidades de polvo. Este polvo absorbe y difunde la luz óptica y ultravioleta, evitando que llegue a los telescopios. Así que los investigadores han creído durante mucho tiempo que las supernovas faltantes deben existir y que simplemente no se ven.

«Debido a que el universo local se ha calmado un poco desde sus primeros años de formación de estrellas, estamos viendo el número esperado de supernovas con búsquedas ópticas típicas», dijo Fox. «Sin embargo, el porcentaje observado de detección de supernovas disminuye a medida que te alejas y regresas a las eras cósmicas donde reinaban las galaxias más polvorientas».

La detección de supernovas a estas distancias lejanas puede resultar difícil. Para buscar supernovas envueltas en reinos galácticos más oscuros pero a distancias menos extremas, el equipo de Fox seleccionó un conjunto local de 40 galaxias obstruidas por el polvo, conocidas como galaxias infrarrojas brillantes y ultrabrillantes (LIRG y ULIRG, respectivamente). El polvo en los LIRG y ULIRG absorbe la luz óptica de objetos como las supernovas, pero permite que la luz infrarroja de esos mismos objetos pase sin obstrucciones para que telescopios como Spitzer puedan detectarla.

La intuición de los investigadores resultó ser correcta cuando las cinco supernovas nunca antes vistas se volvieron ligeras (infrarrojas). «Es un testimonio del potencial de descubrimiento de Spitzer que el telescopio fue capaz de captar la señal de supernovas ocultas en estas galaxias polvorientas», dijo Fox.

«Fue especialmente divertido para varios de nuestros estudiantes universitarios contribuir de manera significativa a esta emocionante investigación», agregó el coautor del estudio Alex Filippenko, profesor de astronomía en la Universidad. Universidad de California, Berkeley. “Ayudaron a responder la pregunta, ‘¿Dónde se han ido todas las supernovas? «»

Los tipos de supernovas detectadas por Spitzer se conocen como «supernovas centrales en colapso», que involucran estrellas gigantes que tienen al menos ocho veces la masa del Sol. A medida que envejecen y sus núcleos se llenan de hierro, las estrellas grandes ya no pueden producir suficiente energía para soportar su propia gravedad, y sus núcleos colapsan repentina y catastróficamente.

Las intensas presiones y temperaturas producidas durante el rápido colapso forman nuevos elementos químicos a través de la fusión nuclear. Las estrellas que colapsan eventualmente rebotan en sus núcleos ultra densos, desmoronándose y dispersando estos elementos por el espacio. Las supernovas producen elementos «pesados», como la mayoría de los metales. Estos elementos son necesarios para la construcción de planetas rocosos, como la Tierra, así como seres biológicos. En general, las tasas de supernova sirven como un control importante sobre los patrones de formación de estrellas y creación de elementos pesados ​​en el universo.

«Si sabe cuántas estrellas se están formando, entonces puede predecir cuántas estrellas van a explotar», dijo Fox. “O, viceversa, si sabe cuántas estrellas están explotando, puede predecir cuántas estrellas se están formando. Comprender esta relación es esencial para muchos campos de estudio de la astrofísica.

Los telescopios de próxima generación, incluidos el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el telescopio espacial James Webb, detectarán luz infrarroja, como Spitzer.

“Nuestro estudio mostró que los patrones de formación de estrellas son más consistentes con las tasas de supernovas de lo que se pensaba”, dijo Fox. «Y al revelar estas supernovas ocultas, Spitzer allanó el camino para nuevos tipos de descubrimientos con los telescopios espaciales Roman y Webb».

Referencia: «A Spitzer estudio de supernovas oscurecidas por el polvo ”por Ori D Fox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Li, Tamás Szalai, Lee Armus, Alexei V Filippenko, Michael F Skrutskie, Lou Strolger y Schuyler D Van Dyk, 21 de junio, 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab1740

Más información sobre la misión

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California llevó a cabo operaciones de la misión y administró la misión del Telescopio Espacial Spitzer para dirigir las misiones científicas de la agencia a Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Spitzer Science Center de Caltech en Pasadena. Las operaciones de la nave espacial se basaron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Los datos se archivan en los archivos científicos de infrarrojos alojados en IPAC en Caltech. Caltech gestiona JPL para la NASA.